Вопрос3

Водогрейные котлы серии КВ-ГМ

Стальные прямоточные газомазутные котлы серии КВ-ГМ в соответствии со шкалой теплопроизводительности конструктив­но подразделяются на четыре унифицированные группы: 4 и 6,5; 10, 20 и 30; 50 и 100; 180 Гкал/ч (4,7 и 7,5; 11,7, 23,4 и 35; 58,5 и 117 МВт). Такие котлы не имеют несущего каркаса, обмуровка у них облегченная трехслойная (шамотобетон, минераловатные пли­ты и магнезиальная обмазка), крепится к трубам топки и конвек­тивной части. Котлы КВ-ГМ-4 и -6,5 имеют единый профиль, так же как и котлы теплопроизводительностью 10; 20 и 30 Гкал/ч, и в пределах своих групп различаются глубиной топочной камеры и конвективной части. Котлы КВ-ГМ-50 и -100 по конструкции также сходны между собой и различаются только по типоразмерным параметрам.

Водогрейные котлы КВ-ГМ-4 и -6,5 имеют топочную камеру 6 (рис. 4.11) и конвективную поверхность 5. Топочная камера пол­ностью экранирована трубами диаметром 60 х 3,0 мм. Боковые экра­ны, верх и под топочной камеры образованы одинаковыми Г- образными трубами. На фронтальной стене котла установлены газо­мазутная ротационная горелка 1 и взрывной предохранительный клапан 2. Неэкранированные поверхности фронтальной стены за­крыты огнеупорной кладкой, примыкающей к воздушному коро­бу горелки.

На левой боковой стене котла имеется лаз 4 в топочную каме­ру. Часть труб заднего экрана в верхней части выдвинута в топку и эти трубы сварены между собой при помощи вставок для устра­нения попадания в топку дроби при работе установки 3 дробеочистки, используемой для устранения загрязнений с конвектив­ных поверхностей.

Все трубы экранов выведены в верхние и нижние коллекторы диаметром 159 ^х 7 мм. Внутри коллекторов имеются глухие перего­родки, направляющие воду. Топочная камера отделена от конвек­тивной части перегородкой из огнеупорного кирпича. Продукты горения топлива через фестон верхней части топочного простран­ства поступают в конвективную часть котла, проходят ее сверху вниз и через боковой отвод ПГ уходят из котельного агрегата.Конвективная поверхность 5 котла состоит из двух пакетов, каждый из которых набирается из U-образных ширм, выполнен­ных из труб диаметром 28x3 мм. Ширмы расположены парал­лельно фронтальной стене котла и образуют в шахматном поряд­ке пучок труб. Боковые стены конвективной части экранированы трубами диаметром 83 х 3,5 мм, имеющими плавники, и являются коллекторами (стояками) для труб конвективных пакетов. Пото­лок конвективной части также экранирован трубами диаметром 83 х 3,5 мм. Задняя стена не экранирована и имеет лазы 4 вверху и внизу. Вес котла передается на нижние коллекторы, имеющие опоры.

Водогрейные котлы КВ-ГМ-4 имеют КПД 90,5 % при работе на газе и 86,4 % при работе на мазуте, а КПД котлов КВ-ГМ-6,5 достигает 91,1 % при работе на газе и 87 % — на мазуте.

Водогрейные котлы ПТВМ-50 и -100 имеют башенную компо­новку и выполнены в виде прямоугольной шахты, в нижней части которой находится экранированная топочная камера 3 (рис. 4.9). Экранная поверхность изготовлена из труб диаметром 60 х 3 мм и состоит из двух боковых, фронтального и заднего экранов. Сверху (над топочной камерой) размещается конвективная поверхность нагрева 2, выполненная в виде змеевиковых пакетов из труб диа­метром 28 х 3 мм. Трубы змеевиков приварены к вертикальным коллекторам.

Топка котла ПТВМ-50 оборудована газомазутными горелками 4 (12 шт.) с индивидуальными дутьевыми вентиляторами 5. Горелки расположены на боковых стенах топки (по 6 шт. на каждой сторо­не) в два яруса по высоте. Топка котла ПТВМ-100 оборудована газо­мазутными горелками (16 шт.) с индивидуальными вентиляторами.

Над каждым котлом установлена опирающаяся на каркас ды­мовая труба 1, обеспечивающая естественную тягу. Котлы уста­навливаются полуоткрыто, по­этому в помещении размещает­ся лишь нижняя часть агрегата (горелки, арматура, вентиляторы и др.), а все остальные его эле­менты расположены на откры­том воздухе Циркуляция воды в котле обеспечивается с помощью на­сосов. Расход воды зависит от режима работы котла: при рабо­те в зимний период (основной режим) применяется четыреххо-довая схема циркуляции воды (рис. 4.10, а), а в летний период (пиковый режим) — двухходовая

Билет № 6

Теплота сгорания горючих газов

Это количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1м³ газа, взятого при нормальных условиях (Р=760 мм рт. ст., t = 0 ^oC), Q [кДж/м³]; [ккал/м³].Различают теплоту сгорания по бомбе, высшую и низшую. Теплота сгорания по бомбе Q_б определяется опытным путём. Высшая теплота сгорания Qв учитывает теплоту конденсации водяных паров, содержащихся в дымовых газах, которые образуются при сгорании топлива.

Низшая теплота сгорания Qн не учитывает теплоту конденсации водяных паров. В России все расчёты ведутся по низшей теплоте сгорания топлива, т.к. в реальных условиях при эксплуатации котельных установок нельзя допускать конденсацию водяных паров в дымовых газах.Теплота сгорания смеси горючих газов определяется по формуле Q_СМ=Q_1*r₁+Q_2*r₂+...+Q_n*r_n,

где Q₁,Q₂,Q_n – теплота сгорания горючих компонентов

составляющих газовую смесь; r₁, r₂, r_n – объёмные доли компонентов газовой смеси. Σr=1Как видно из формулы, с увеличением количества в смеси тяжёлых углеводородов, теплота сгорания смеси будет возрастать, это подтверждается опытными данными Плотность горючих газов

Различают абсолютную и относительную плотность газа.

Абсолютной плотностью называется масса 1м³ газа, взятого при

нормальных условиях ρ= кг/м³, где m – масса в

кг, V – объем в м³Плотности простых газов приведены в таблице. Плотность смеси газов определяется по формуле: ρ_СМ = ρ_1*r₁+ ρ_2*r₂+…+ρ_n*r_n кг/м³, где ρ₁, ρ₂, ρ_n – плотности газов, входящих в состав смеси; r₁, r₂, r_n – объемные доли компонентов газовой смеси.Относительной плотностью называется отношение абсолютной плотности газа к плотности воздуха, взятых при нормальных условиях.ρ _ОТН = ρ_г /ρ_в = ρ_г /1,293 Знание относительной плотности газа имеет большое практическое значение.Если ρ_ОТН <1, то газ легче воздуха и при его утечках из газопроводов и оборудования газ устремляется вверх, заполняя верхние точки агрегатов и помещений. Если ρ_ОТН>1, то газ тяжелее воздуха и его утечки устремляются вниз, стелются по полу, заполняют подвалы зданий, колодцы.

Зная относительную плотность газа, можно предусмотреть отвод утечек газа из мест вероятного их скопления и организовать вентиляцию этих мест.Число Воббе

Это отношение теплоты сгорания газа к корню квадратному из относительной плотности газа. Оно характеризует тепловую мощность, выделяемую при сгорании 1 нормального м³ газа при постоянном давлении. Число Воббе может быть низшим и высшим:Если числа Воббе двух различных газов оказываются примерно равными, то они полностью взаимозаменяемы, т.е. их можно использовать в одной и той же горелке без каких либо изменений в её конструкции. Число Воббе является очень важной характеристикой и входит в перечень основных показателей, которые приводятся в ГОСТ на природные газы. В ГОСТ указываются пределы числа Воббе и егодопускаемыеотклонения от номинального значения ( 5%). Сварка трубДля соединения стальных труб применяются следующие виды сварки:- электродуговая ручная, полуавтоматическая, автоматическая; она может быть в воздушной среде и в бескислородной среде, т.е. с применением флюсов или инертных газов; - газовая сварка с применением кислорода в качестве окислителя и ацетилена или пропана в качестве горючего газа;- злектроконтактная, индукционная и другие виды сварки.Электродуговая сварка, может применяться без каких либо ограничений, т.к. обеспечивает прочное и герметичное соединение.Газовая сварка с применением ацетилена допускается на газопроводах D_У150мм, S  5мм, при Р  0,3МПа.Газовая сварка с применением пропана допускается на газопроводах низкого давления D_У  50мм.Электроконтактная, индукционная и другие виды сварки допускаются только на газопроводах низкого давления.

Соединение полиэтиленовых труб производится сваркой с помощью соединительных деталей (муфт) с применением закладных электронагревателей, а также нагретым инструментом.Наиболее распространенной является ручная электродуговая сварка стальных труб. Для выполнения сварки требуется подготовка кромок труб. Они должны иметь скошенную часть под углом 30–35^о (фаска) и нескошенную часть – притупление. Перед сваркой должна быть достигнута соосность труб, кромки должны быть зачищены до металлического блеска. При небольшой толщине стенки (до 3мм) допускается сварка встык без снятия фаски. Между свариваемыми трубами должен быть небольшой зазор. Если на трубах имеются продольные или спиральные швы, то они не должны совпадать. Расстояние между ними должно быть не менее 50мм. Сначала выполняется прихватка труб точечной сваркой в 3 – 6 местах по окружности. Затем последовательно один за другим накладываются сварные швы, количество которых зависит от толщины стенки. После наложения каждого шва его поверхность очищается от шлака и окалины металлическими щетками и зубилом. Хорошо выполненный сварной шов должен быть слегка выпуклым, с небольшим валиком усиления шва, мелкочешуйчатым и без дефектов. При неправильной технологии сварочных работ или при недоброкачественности применяемых сварных материалов законченный сваркой шов может иметь дефекты.Внешним осмотром можно выявить подрез, малое и чрезмерное усиление шва, а иногда наружную трещину, пористость и зашлакованность шва. Скрытые внутренние дефекты швов – непровар корня, боковой непровар, прожог, внутренние трещины – можно выявить только физическими методами контроля.Наиболее опасным дефектом сварного шва являются трещины, которые могут образоваться при чрезмерно быстром остывании шва или повышенном содержании углерода или серы в сварочной проволоке или металле труб. Весьма опасен непровар корня шва, получающийся чаще всего при недостаточном зазоре между кромками свариваемых труб или при заварке первого слоя электродом завышенного диаметра. Боковой непровар шва, образующийся при плохой зачистке кромок свариваемых труб, также ослабляет шов, особенно при большой протяженности непровара. Контроль качества сварочных работКонтроль качества сварочных работ осуществляют руководители и специалисты строительно–монтажных организаций и персонал лабораторий в установленном порядке.В объём работ по контролю качества сварки входят :контроль квалификации сварщиков и специалистов по контролю сварки;контроль сварочного оборудования и приборов;- контроль качества применяемых при сварке материалов;- контроль технологии сварки, включая операционный контроль, измерения и приёмку готовых стыков;- физические методы контроля (неразрушающие);

- механические испытания стыков (разрушающие методы).

Билет №7

Взрываемость горючих газов

Горючие газы в смеси с воздухом могут воспламеняться и гореть или взрываться.Горение и взрыв представляют собой химические реакции окисления горючих элементов топлива кислородом воздуха, протекающие с большим выделением теплоты, но они протекают в разных условиях и с разной скоростью.Горение смеси происходит в незамкнутом объеме, например при выходе смеси из горелки, при этом скорость распространения пламени по объему смеси очень мала и не превышает для большинства газов 1 м/с.Взрыв происходит в замкнутом объеме, заполненном заранее подготовленной газовоздушной смесью, при внесении в этот объем источника огня, при этом происходит мгновенное сгорание смеси, т.к. скорость распространения пламени по объему смеси составляет сотни метров в секунду и может достигать 2000 м/с при детонационном взрыве. При взрыве происходит мгновенное повышение давления примерно в 10 раз, что создает мощную ударную волну, которая разрушает все препятствия на своем пути, т.е. ограждения агрегатов, зданий.

Воспламенение и взрыв возможны только при определенных концентрациях газа в воздухе, следовательно, существует два предела взрываемости: нижний, соответствующий бедной смеси и верхний, соответствующий богатой газовоздушной смеси (концентрационные пределы распространения пламени).

«Правила безопасности систем газораспределения и газопотребления» устанавливают опасную концентрацию газа – это концентрация (объемная доля газа в воздухе), превышающая 20% от нижнего концентрационного предела распространения пламени (взрываемости). Например, для природного газа, состоящего из метана, опасной концентрацией будет концентрация, превышающая 1%.

Пределом взрываемости называется такая концентрация горючего газа в воздухе, ниже или выше которой не происходит реакция взрыва.Как видно, нижние пределы взрываемости большинства горючих газов очень малы и обычно не превышают 5%, поэтому необходимо тщательно следить за герметичностью газопроводов, газового оборудования, во избежание утечек газа и не допускать неправильных действий при обслуживании газопроводов и агрегатов.Запорные устройства газопроводов

Запорные устройства служат для:

- отключения отдельных участков газопроводов, отдельных потребителей газа или отдельных агрегатов;

- изменения давления и расхода газа. К запорным устройствам предъявляются следующие требования:

- надежность отключения, т.е. герметичность затвора;

- быстрота открытия и закрытия;

- простота устройства и небольшие размеры;

- простота ремонта и эксплуатации;

- малое гидравлическое сопротивление.

В качестве запорных устройств на газопроводах устанавливаются: гидравлические затворы, краны, задвижки, вентили.Гидравлические затворыГидравлические затворы устанавливаются только на подземных газопроводах низкого давления, главным образом, на газопроводах – вводах.

Корпус гидрозатвора выполняется из отрезка стальной трубы с двумя глухими днищами, устанавливаемого вертикально. К корпусу привариваются патрубки для подсоединения газопровода. Они могут привариваться на одной высоте, в нижней части корпуса и на разной высоте (входной патрубок в верхней части, а выходной - в нижней части корпуса). По оси корпуса устанавливается трубка диаметром 25мм. Нижний конец трубки доходит до дна корпуса и имеет срез. Верхний конец трубки выводится к поверхности земли под ковер. На нем установлена муфта и пробка на резьбе. Для закрытия гидрозатвора необходимо открыть ковер, вывернуть из муфты пробку и залить через трубку в корпус воду. Уровень воды определяется мерной линейкой, вставляемой в трубку. Для открытия гидрозатвора необходимо откачать воду из корпуса ручным насосом. При закрытом гидрозатворе действующее давление газа в газопроводе уравновешивается высотой столба жидкости в колене (h), т.е. рабочая высота гидрозатвора h = Р мм. Расчетная высота гидрозатвора Н должна быть на 200мм больше максимального давления газа Н = Р_мах + 200 мм. Запас в 200 мм учитывает колебания давления газа в сети. Полная высота корпуса определяется по конструктивным соображениям.Достоинства: - простота устройства, отсутствие движущихся деталей;- долговечность, не требуют ремонта и обслуживания;- надежность отключения, т.е. полная герметичность при закрытии;- не требуют колодцев для установки. Недостатки:- могут устанавливаться только на подземных газопроводах низкого давления;- должны устанавливаться ниже уровня промерзания грунта;- невозможность регулирования давления и расхода газа;

- сложность эксплуатации, длительность открытия и закрытия.КраныКраны – это запорные устройства, состоящие из корпуса и пробки. Открытие и закрытие кранов осуществляется поворотом пробки на угол 90^о. Корпус и пробка кранов могут быть конусными, цилиндрическими и шаровыми. Для поворота пробки ее верхняя часть запиливается под квадрат, на который надевается накидной ключ, длина ключа должна быть не более 6 диагоналей квадрата пробки. На пробке имеется риска, указывающая направление сквозного отверстия в пробке. В некоторых случаях для поворота пробки используется стальная пластина – барашек. При открытом кране барашек располагается по оси крана, при закрытом – поперек оси. Все газовые краны должны иметь ограничитель поворота пробки на угол 90^о. Краны изготавливают из цветных металлов, серого и ковкого чугуна, стали.По конструкции краны могут быть: простыми и специальными;- по способу уплотнения корпуса и пробки: натяжными и сальниковыми;

- по способу присоединения к трубам: приварные, фланцевые и резьбовые (муфтовые, цапковые).Простые краны выпускаются условным диаметром d_у ≤ 80мм. Смазка простых кранов осуществляется при их разборке. В системах газоснабжения широко применятся краны типа КС, которые позволяют смазывать рабочие поверхности без разборки крана. Они выпускаются условным диаметром 50…150 мм. В кране КС выступающая часть пробки выполняется пустотелой и имеет резьбу, в которую ввертывается болт. Полость заполняется консистентной смазкой (вазелин, солидол). Масляная полость соединяется с рабочими поверхностями крана специальными каналами в корпусе и пробке. По этим каналам густая смазка выдавливается на рабочие поверхности при завертывании болта.На магистральных газопроводах применяются шаровые краны большого диаметра до 2 м, рассчитанные на давление до 10 МПа. Они снабжаются электроприводом и насосной станцией. Управление краном дистанционное. Открытие и закрытие крана осуществляется при включении электропривода с редуктором. Одновременно включается насос для подачи жидкой смазки на рабочие поверхности.

По сравнению с задвижками краны являются быстродействующими запорными устройствами, достаточно надежными, очень прост ремонт кранов (притирка), но они имеют ограничения по диаметру и уступают задвижкам и вентилям по степени регулирования давления и расхода среды.ЗадвижкиЗадвижки являются наиболее распространенными запорными устройствами на трубопроводах D_y ≥ 50 мм. Рабочими органами задвижки являются один или два диска, рабочие поверхности которых плотно прижимаются к седлам корпуса при закрытии. Задвижки изготавливаются из чугуна и стали.По конструкции они делятся на:одно и двухдисковые;клиновые и параллельные;с выдвижным и не выдвижным шпинделем (штоком).Клиновые задвижки могут быть одно - и двухдисковыми, а параллельные - только двухдисковыми. На трубопроводах диаметром 500 и более мм применяются задвижки с обводной линией на корпусе. На ней устанавливается задвижка малого диаметра (разгрузочная). При открытии сначала открывается разгрузочная задвижка для выравнивания давления по обе стороны дисков основной задвижки, а затем открывается основная задвижка. Такие задвижки снабжены электроприводом с редуктором. Задвижки являются достаточно надежными устройствами только в чистых средах. Они быстро выходят из строя, если в среде имеются твердые включения. Очень сложен ремонт задвижек особенно при большом диаметре дисков и седел. Задвижки сложны по устройству и медленно открываются и закрываются. ВентилиЭто запорные устройства, рабочими органами которых являются тарельчатые клапаны, перемещаемые внутри корпуса при вращении штока, который соединен с клапаном. В газовом хозяйстве вентили применяются реже, чем краны и задвижки по причине их крупных недостатков:- громоздкость, особенно при больших диаметрах, поэтому они изготавливаются d_y<200мм;

- могут пропускать среду только в одном направлении;

- большое гидравлическое сопротивление ввиду резких изменений направления потока среды.Достоинства вентилей - высокая герметичность и сравнительная простота ремонта путем притирки клапана к седлу.Вентили изготавливают из цветных металлов, пластмассы, серого и ковкого чугуна, стали. Они присоединяются к трубам на резьбе, на фланцах и на сварке. Они могут быть прямыми, косыми и угловыми (90^о). Вентили в основном применяются в установках сжиженного газа, при этом направление потока газа (в отличие от воды и пара) действует на клапан. В газовом хозяйстве широко применяется арматура с электроприводом. Она обеспечивает дистанционное управление со щита. При этом могут применяться краны, задвижки и вентили; кроме них применятся специальная арматура, в том числе, электромагнитные клапаны. Они имеют электромагнит, сердечник которого при подаче напряжения на катушку втягивается вовнутрь катушки. При отсутствии напряжения на катушке сердечник под действием силы тяжести или пружины выходит из катушки. С сердечником электромагнита соединяется шток клапана, который перемещает клапан и, таким образом, открывает или закрывает клапан. В зависимости от назначения, электромагнитные клапаны могут быть типа НО – нормально открыт и типа НЗ – нормально закрыт. На газопроводах высокого давления должна применяться только стальная арматура.